鐵基氧化物及其石墨烯復(fù)合材料的制備和性能研究.pdf

1、鐵基材料由于豐富的原料來(lái)源、無(wú)環(huán)境污染、安全性好、電化學(xué)性能較優(yōu)等優(yōu)良的性能得到研究者的重視。Fe2O3及鐵基氧化物/石墨烯復(fù)合材料具有優(yōu)越的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)，在電磁屏蔽材料、磁材料、催化材料、抗菌材料等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。因此研究控制合成Fe2O3及鐵基氧化物/石墨烯復(fù)合材料，探索鐵基氧化物材料性質(zhì)與其尺寸形貌的依賴特性，開發(fā)鐵基氧化物復(fù)合材料新的應(yīng)用領(lǐng)域，成為材料研究的熱點(diǎn)方向之一。另外，鋰離子蓄電池具有電壓高、比能量大的優(yōu)

2、點(diǎn)，是目前最具有競(jìng)爭(zhēng)力的電池。而目前工業(yè)化的鋰離子電池電極材料中，正極主要有LiCoO2和LiMn2O4，負(fù)極主要為炭（石墨）材料。炭負(fù)極材料易形成SEI鈍化膜，使首次不可逆比容量增大，且電位接近鋰，當(dāng)電池過(guò)充時(shí)容易析出金屬鋰產(chǎn)生枝晶而引起短路；因此尋找和開發(fā)價(jià)格低廉環(huán)境友好且性能優(yōu)良的正負(fù)極材料成為鋰離子電池研究的新方向。本論文中，我們通過(guò)水熱法和超聲法合成了一系列的Fe2O3及鐵基氧化物/石墨烯復(fù)合材料，研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、反

3、應(yīng)原料比例等條件對(duì)產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的影響，并對(duì)其形成機(jī)理、磁學(xué)性能和電化學(xué)性能進(jìn)行了初步探討。主要的工作包括以下幾方面：
　?。?）通過(guò)采用較低溫度下的一步水熱法，在小分子絡(luò)合劑檸檬酸三鈉的作用下，不但得到粒徑約100 nm左右的α-Fe2O3球形顆粒，而且通過(guò)調(diào)節(jié)原料比例、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，還得到了花狀鐵基氧化物。在此制備過(guò)程中，檸檬酸三鈉既作為還原劑，同時(shí)檸檬酸根的螯合作用的限制，使得 Fe3O4生長(zhǎng)成片狀，最終使得整個(gè)鐵基氧

4、化物微球呈現(xiàn)花狀結(jié)構(gòu)。在以上工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了PVP、F127等對(duì)Fe2O3形貌的影響，制備了不同形貌的多孔Fe2O3。為研究鐵基氧化物的復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料起到了指導(dǎo)作用。
　?。?）通過(guò)水熱法制備出了中空Fe2O3/GNS納米復(fù)合材料，對(duì)材料的電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能進(jìn)行了表征，研究結(jié)果表明中空Fe2O3/GNS納米復(fù)合材料作為一種鋰離子電池負(fù)極材料具有較高的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。該中空Fe2O3/GNS納米復(fù)合材料的制

5、備方法簡(jiǎn)單，原料易得且反應(yīng)溶劑為水，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保角度來(lái)說(shuō)也很有意義。
　?。?）為了制備出石墨烯團(tuán)聚程度更低、鐵基氧化物在其中分散更均勻的復(fù)合材料，采用超聲法在室溫條件下成功地制備出Fe3O4/GNS納米復(fù)合材料。研究了反應(yīng)物比例對(duì)于產(chǎn)物形成的影響，并測(cè)試了Fe3O4/GNS納米復(fù)合材料在不同電流密度下的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4/GNS納米復(fù)合材料表現(xiàn)出比水熱法制備出的Fe2O3/GNS納米復(fù)合材料具有更好的電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能